EP2538238A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Detektion von Rädern - Google Patents

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EP2538238A1
EP2538238A1 EP11450079A EP11450079A EP2538238A1 EP 2538238 A1 EP2538238 A1 EP 2538238A1 EP 11450079 A EP11450079 A EP 11450079A EP 11450079 A EP11450079 A EP 11450079A EP 2538238 A1 EP2538238 A1 EP 2538238A1
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measuring beam
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wheels
vehicle body
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Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting wheels of a vehicle, which runs on a road in a direction of travel and the wheels of which project downwardly from the vehicle body and at least partially exposed laterally at the height of the vehicle body.
  • Detecting vehicle wheels is of interest in many applications.
  • the detection of wheels can be detected with certainty the driving of a certain traffic area, for example for border surveillance or to trigger certain actions, such as triggering an alarm, switching on a lighting, opening a cabinet, taking a photo for monitoring purposes, etc.
  • toll rates are based on the number of axles of vehicles, so detecting wheels (wheel axles) can also be an important basis for road toll or parking fee systems.
  • the invention has for its object to provide methods and devices for wheel detection, which are easier to implement than the known solutions.
  • the invention is based on the recognition that the horizontal component of the tangential velocity of a rotating wheel at a certain predetermined height during the entire passage of the wheel - ie when the wheel is "cut” at this height - remains constant and - if the wheel is not straight on Height of its axis is taken - is different from the body speed, so that a simple rectangular pulse detection is sufficient to detect a rotating wheel safely.
  • a bundled measuring beam is used to generate the smallest possible impact or measuring point on the vehicle body or the rotating wheel.
  • a smallest possible impact point or measuring point allows the neglect of other measurement influences, such as occur in the measurement of the lateral projection portion of the vehicle motion vector: A too large impact or measurement point would by the different projection angles to a broadening of the frequency range in the received signal lead.
  • This bundling can be achieved for example by means of a laser beam as a measuring beam or by extreme High-frequency radar beams, preferably in the range of over 70 GHz, as they are used as long-range radar sensors in the vehicle area for collision or Lane Warning:
  • Such high-frequency radar can be strongly bundled with appropriate directional antennas, antenna arrays or radar lenses, so their impact area on the body or The wheel has a diameter of a few centimeters.
  • bundled measuring beam is understood in the present description accordingly a measuring beam having a beam expansion (aperture angle) of a few degrees, preferably ⁇ 1 ° (corresponds to ⁇ 0.00024 sr), so over the distance between Lidar- or Radar device and scanned vehicle impact area is achieved on the vehicle with a maximum diameter in the centimeter range, preferably ⁇ 5 cm, more preferably ⁇ 2 cm.
  • the detection of the rectangular pulse in the recorded reception frequency profile can be achieved in a particularly simple manner by detecting two successive, alternating frequency jumps, between which a substantially constant frequency prevails.
  • the invention provides a device for detecting wheels of a vehicle, which runs on a road in a direction of travel and the wheels of which protrude downward from the vehicle body and at least partially exposed laterally at the height of the vehicle body, and which is characterized by: a Doppler lidar or radar device which emits a focused electromagnetic measurement beam with a known time profile of its frequency onto a target and records the time profile of the frequency of the measurement beam reflected by the target relative to the known course, wherein the measuring beam is oriented from the side of the roadway to a range of predetermined height above the roadway and obliquely to the direction of travel, and a downstream evaluation device which detects a occurring within the period of passage of a vehicle body rectangular pulse in the recorded history as a wheel.
  • a Doppler lidar or radar device which emits a focused electromagnetic measurement beam with a known time profile of its frequency onto a target and records the time profile of the frequency of the measurement beam reflected by the target relative to the known course, wherein the measuring beam is oriented from the
  • the vehicle 1 has wheels 4, which protrude downwards over the body 5 of the vehicle 2 and thereby - at least partially - exposed on the sides of the body in recesses thereof, ie from the side are visible.
  • a Doppler Lidar- or radar device 6 sends a bundled Lidar- or radar measuring beam 7 obliquely to the direction of travel 3 from the side of the lane 1 just above the road surface, so that the measuring beam 7 hits a passing vehicle 1 approximately in the area of its wheels 4 ,
  • the Doppler Lidar- or radar device 6 evaluates, as known in the art, the receiving frequency of the reflected from the vehicle 1 and its wheels 4 measuring beam 7, wherein from the Doppler effect frequency shift between sent and reflected measuring beam 7 the (projected) component v p of the velocity v of the vehicle 1 or the tangential velocity v t ( FIG. Fig. 2 ) of the wheel 4 at the impact point 7 'of the measuring beam 7 can be determined. Subsequently, the wheels 4 of the vehicle 1 can be detected from this information, as will be explained in more detail later.
  • the device 6 is also followed by an evaluation device 8, which carries out the corresponding evaluations of the reception frequency of the measuring beam 7. Lidar / radar device 6 and evaluation device 8 thus together form a device 9 for detecting wheels 4 of a vehicle 1.
  • the Doppler lidar / radar device 6 may be of any type known in the art, whether with a continuous, modulated or pulsed measuring beam 7.
  • a Doppler frequency shift between the natural frequencies (“carrier frequencies”) may be used.
  • a Doppler shift between the pulse rates or modulation frequencies of the emitted and reflected measuring beam 7 can be measured. All such egg gen, carrier, pulse or modulation frequencies are understood by the term used herein "receiving frequency" of the measuring beam 7, i.
  • reception frequency encompasses any frequency of the measuring beam 7 that can be influenced by a Doppler effect.
  • the nature of the measuring beam 7 itself is arbitrary, as long as it is an electromagnetic wave, be it visible light or infrared light as in a lidar device or radio waves (radio waves), especially microwaves, in a radar device.
  • the measuring beam 7 is strongly bundled, so that its impact point 7 'on the body 5 or the wheel 4 an extremely small diameter in the range of a few centimeters, preferred ⁇ 2 cm, has.
  • the bundling of the measuring beam 7 is a bundle of nearly parallel light or radar beams, as may preferably be obtained with a laser.
  • a corresponding bundling can be achieved by using radar waves of very high frequency, preferably over 70 GHz, which have approximately light properties and can be focused like light, for example by radar lenses.
  • Such directional antennas such as antenna arrays and patch antennas with parallel as possible, small-diameter radiation characteristic generates a corresponding radar measuring beam.
  • radars from the automotive sector such as those installed in vehicles as collision and distance warning devices.
  • collimated measuring beams 7 have a bundling or divergence range (aperture angle) of less than 1 ° (corresponding to a solid angle of less than about 0.00024 sr).
  • Fig. 2 shows the scanning progressions of a measuring beam 7 bundled in such a manner that hits the vehicle 1 or its wheels 4 in a substantially point-like manner during passage of the vehicle 1 past the device 9.
  • six different scanning progressions H1 to H6 are shown by way of example; It is understood that only a single scanning curve H1-H6 occurs at a vehicle passage through a bundled measuring beam 7.
  • FIG. 2 shows the reception frequency f of the reflected measuring beam 7 continuously recorded with respect to the scanning progressions H1-H6 by the lidar / radar device 6 over time.
  • the Doppler shift ⁇ f of the reception frequency f with respect to the transmission frequency is proportional to the velocity component v p of the respective sampled parts of the vehicle 1 or wheel 4 Fig. 3
  • Receiving frequency curves E1 - E6 shown are therefore synonymous with speed gradients.
  • the reception frequency curve E2 for each wheel 4 shows a peak 10 of 2vp above the body-rectangular pulse R ,
  • a rectangular pulse 11 which occurs within the period T p of the passage of the vehicle body 5, ie during the body pulse R, the occurrence of a wheel 4 can thus be respectively detected or detected.
  • the wheel pulses 11 are superimposed on the body pulses R and only if they occur during the duration T p of the body pulses R, they indicate a wheel.
  • two successive flanks or jumps 12, 13 occurring in an alternating direction can be detected, between which a substantially constant frequency prevails.
  • the reception frequency profile E5 shows the special case that the measuring beam 7 hits the wheels 4 exactly at the level of their axis, where no tangential speed of the wheel projectable in the direction of the measuring beam 7 is present, so that the wheels 4 are not detectable. This situation should be avoided.
  • the reception frequency characteristic E6 scans the wheels 4 at a height between their underside and their axis and is similar to that of E4, only with reversed changes 11-13. This situation should also be avoided by selecting the scanning height, since this is no longer the case it is ensured that the body 5 is also scanned, ie the body pulse R occurs.
  • the width of the pulse 11 corresponds to the cutting width of the wheel 4 at height h of the respective Abtastverlaufs, and the height of the pulse 11 is directly proportional to the height h.
  • the transmission frequency of the radar / lidar device 6 or measuring beam 7 is constant, i. their time course is a constant course.
  • the device 6 emits a measuring beam 7 with a non-constant transmission frequency response, for example, in the case of frequency hopping method in which the frequency is constantly - after a predetermined or known pattern - changes.
  • the recorded reception frequency profiles E1-E6 are recorded relative to the previously known time profile of the transmission frequency of the measuring beam 7, be it constant or alternating, that is to say. referenced or normalized so that the effect of known transmission frequency characteristics can be compensated.

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Abstract

Verfahren zur Detektion von Rädern (4) eines Fahrzeugs (1), das auf einer Fahrbahn (2) in einer Fahrtrichtung fährt und dessen Räder (4) von der Fahrzeugkarosserie (5) nach unten vorragen und auf Höhe der Fahrzeugkarosserie (5) zumindest teilweise seitlich freiliegen, mit den Schritten: Aussenden eines gebündelten elektromagnetischen Messstrahls (7) mit einem bekannten zeitlichen Verlauf seiner Frequenz von der Seite der Fahrbahn (2) her auf einen Bereich vorgegebener Höhe über der Fahrbahn (2) und schräg zur Fahrtrichtung (3), Empfangen des von einem passierenden Fahrzeug (1) reflektierten Messstrahls (7) und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs seiner Frequenz relativ zum bekannten Verlauf, und Detektieren eines innerhalb des Zeitraums (T p ) der Passage der Fahrzeugkarosserie (5) auftretenden Rechteckimpulses (11) im aufgezeichneten Verlauf als Rad (4).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von Rädern eines Fahrzeugs, das auf einer Fahrbahn in einer Fahrtrichtung fährt und dessen Räder von der Fahrzeugkarosserie nach unten vorragen und auf Höhe der Fahrzeugkarosserie zumindest teilweise seitlich freiliegen.
  • Das Detektieren von Fahrzeugrädern ist bei zahlreichen Anwendungen von Interesse. So kann aus dem Erkennen von Rädern mit Sicherheit das Befahren einer bestimmten Verkehrsfläche erkannt werden, beispielsweise zur Grenzüberwachung oder zur Auslösung bestimmter Aktionen, wie das Auslösen eines Alarms, Einschalten einer Beleuchtung, Öffnen eines Schrankens, Aufnehmen eines Fotos zu Überwachungszwecken usw. Auch moderne Verkehrsgebührensysteme stellen häufig zur Gebührenbemessung auf die Achsanzahl von Fahrzeugen ab, sodass das Detektieren von Rädern (Radachsen) auch eine wichtige Grundlage für Straßenmaut- oder Parkgebührensysteme sein kann.
  • Aus der DE 10 2008 037 233 A1 ist es bekannt, Räder eines sich bewegenden Fahrzeugs aufgrund ihrer gegenüber dem restlichen Fahrzeug unterschiedlichen horizontalen Komponente der Tangentialgeschwindigkeit, die eine entsprechende Doppler-Frequenzverschiebung eines Radar-Messstrahls bewirkt, zu detektieren. Dazu wird ein Radar-Geschwindigkeitsmesser verwendet, welcher mit einer Radar-Strahlungskeule den unteren Bereich passierender Fahrzeuge bestrahlt und aus dem zurückerhaltenen Empfangsfrequenzgemisch ein einziges Geschwindigkeitsmesssignal mittelt, das an den Orten der Räder Signalmaxima zeigt. Eine automatische Detektion solcher Maxima in einem Signalverlauf erfordert eine signalanalytische Extremwertsuche und ist dementsprechend aufwändig. Darüber hinaus können z.B. Lücken zwischen einem Zugfahrzeug und seinem Anhänger Signalminima und damit zwischenliegende "falsche" Maxima vortäuschen, welche zu einer fehlerhaften Raddetektion führen.
  • Die Erfindung setzt sich zum Ziel, Verfahren und Vorrichtungen zur Raddetektion zu schaffen, welche einfacher realisierbar sind als die bekannten Lösungen.
  • Dieses Ziel wird in einem ersten Aspekt der Erfindung mit einem Verfahren erreicht, das sich auszeichnet durch die Schritte
  • Aussenden eines gebündelten elektromagnetischen Messstrahls mit einem bekannten zeitlichen Verlauf seiner Frequenz von der Seite der Fahrbahn her auf einen Bereich vorgegebener Höhe über der Fahrbahn und schräg zur Fahrtrichtung,
  • Empfangen des von einem passierenden Fahrzeug reflektierten Messstrahls und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs seiner Frequenz relativ zum bekannten Verlauf, und
  • Detektieren eines innerhalb des Zeitraums der Passage der Fahrzeugkarosserie auftretenden Rechteckimpulses im aufgezeichneten Verlauf als Rad.
  • Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Horizontalkomponente der Tangentialgeschwindigkeit eines sich drehenden Rades auf einer bestimmten vorgegebenen Höhe während der gesamten Passage des Rades - d.h. wenn das Rad auf dieser Höhe "geschnitten" wird - konstant bleibt und - soferne das Rad nicht gerade auf Höhe seiner Achse getroffen wird - von der Karosseriegeschwindigkeit verschieden ist, sodass eine einfache Rechteckimpulsdetektion genügt, um ein drehendes Rad sicher zu detektieren. Dazu wird ein gebündelter Messstrahl eingesetzt, um einen möglichst kleinen Auftreff- bzw. Messpunkt auf der Fahrzeugkarosserie bzw. dem sich drehenden Rad zu erzeugen. Ein möglichst kleiner Auftreff- bzw. Messpunkt erlaubt die Vernachlässigung von anderen Messeinflüssen, wie sie beispielsweise bei der Messung des seitlichen Projektions-Anteils des Fahrzeug-Bewegungsvektors auftreten: Ein zu großer Auftreff- bzw. Messpunkt würde durch die unterschiedlichen Projektionswinkel zu einer Verbreiterung des Frequenzbereichs im Empfangssignal führen. Diese Bündelung kann beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahls als Messstrahl erreicht werden oder durch extrem hochfrequente Radarstrahlen, bevorzugt im Bereich von über 70 GHz, wie sie z.B. als Langstrecken-Radarsensoren im Fahrzeugbereich für Kollisions- oder Spurwarnassistenten Verwendung finden: Derartig hochfrequente Radarstrahlen können mit entsprechenden Richtantennen, Antennenarrays oder Radarlinsen stark gebündelt werden, sodass ihr Auftreffbereich auf der Karosserie bzw. dem Rad einen Durchmesser von wenigen Zentimetern hat.
  • Unter dem Begriff "gebündelter" Messstrahl wird in der vorliegenden Beschreibung demgemäß ein Messstrahl verstanden, der eine Strahlaufweitung (Öffnungswinkel) von wenigen Grad hat, bevorzugt < 1° (entspricht < 0,00024 sr), sodass über die Entfernung zwischen Lidar- bzw. Radargerät und abgetastetem Fahrzeug ein Auftreffbereich auf dem Fahrzeug mit einem maximalen Durchmesser im Zentimeterbereich erreicht wird, bevorzugt < 5 cm, besonders bevorzugt < 2 cm.
  • Die Detektion des Rechteckimpulses im aufgezeichneten Empfangsfrequenzverlauf lässt sich auf besonders einfache Weise dadurch erreichen, dass zwei aufeinanderfolgende, abwechselnde Frequenzsprünge, zwischen denen eine im Wesentlichen konstante Frequenz herrscht, detektiert werden.
  • In einem zweiten Aspekt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Detektion von Rädern eines Fahrzeugs, das auf einer Fahrbahn in einer Fahrtrichtung fährt und dessen Räder von der Fahrzeugkarosserie nach unten vorragen und auf Höhe der Fahrzeugkarosserie zumindest teilweise seitlich freiliegen, und die gekennzeichnet ist durch:
    ein Doppler-Lidar- oder -Radargerät, das einen gebündelten elektromagnetischen Messstrahl mit einem bekannten zeitlichen Verlauf seiner Frequenz auf ein Ziel aussendet und den zeitlichen Verlauf der Frequenz des vom Ziel reflektierten Messstrahls relativ zum bekannten Verlauf aufzeichnet,
    wobei der Messstrahl von der Seite der Fahrbahn her auf einen Bereich vorgegebener Höhe über der Fahrbahn und schräg zur Fahrtrichtung orientiert ist, und
    eine nachgeordnete Auswerteeinrichtung, welche einen innerhalb des Zeitraums der Passage einer Fahrzeugkarosserie auftretenden Rechteckimpuls im aufgezeichneten Verlauf als Rad detektiert.
  • Hinsichtlich der Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.
  • Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens und der Vorrichtung der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen zeigt:
    • Fig. 1 eine der Vorrichtung der Erfindung in einer schematischen Perspektivansicht;
    • Fig. 2 mehrere beispielhafte Abtastverläufe eines gebündelten Messstrahls an einem passierenden Fahrzeug;
    • Fig. 3 Zeitdiagramme der ermittelten Empfangsfrequenz- bzw. Geschwindigkeitsverläufe zu den Abtastverläufen von Fig. 2; und
    • Fig. 4 die Geschwindigkeitsverläufe an einem sich drehenden Rad im Detail.
  • In Fig. 1 bewegt sich ein Fahrzeug 1 auf einer Fahrbahn 2 in einer Fahrtrichtung 3. Das Fahrzeug 1 besitzt Räder 4, welche nach unten über die Karosserie 5 des Fahrzeugs 2 vorragen und dabei - zumindest teilweise - an den Seiten der Karosserie in Ausnehmungen derselben freiliegen, d.h. von der Seite her sichtbar sind.
  • Ein Doppler-Lidar- oder Radargerät 6 sendet einen gebündelten Lidar- oder Radar-Messstrahl 7 schräg zur Fahrtrichtung 3 von der Seite der Fahrbahn 1 her knapp über die Fahrbahnoberfläche aus, sodass der Messstrahl 7 ein passierendes Fahrzeug 1 etwa im Bereich seiner Räder 4 trifft.
  • Das Doppler-Lidar- bzw. Radargerät 6 wertet, wie in der Technik bekannt, die Empfangsfrequenz des vom Fahrzeug 1 bzw. seinen Rädern 4 reflektierten Messstrahls 7 aus, wobei aus der dopplereffektbedingten Frequenzverschiebung zwischen ausgesandtem und reflektiertem Messstrahl 7 die in Richtung des Messstrahls 7 liegende (projizierte) Komponente vp der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 1 bzw. der Tangentialgeschwindigkeit vt (Fig. 2) des Rades 4 am Auftreffpunkt 7' des Messstrahls 7 ermittelt werden kann. In weiterer Folge können aus dieser Information die Räder 4 des Fahrzeugs 1 detektiert werden, wie später noch ausführlicher erläutert wird. Zu diesem Zweck ist dem Gerät 6 auch eine Auswerteeinrichtung 8 nachgeschaltet, welche die entsprechenden Auswertungen der Empfangsfrequenz des Messstrahls 7 vornimmt. Lidar/Radar-Gerät 6 und Auswerteeinrichtung 8 bilden somit zusammen eine Vorrichtung 9 zur Detektion von Rädern 4 eines Fahrzeugs 1.
  • Das Doppler-Lidar/Radar-Gerät 6 kann an sich von jeder in der Technik bekannten Art sein, sei es mit einem kontinuierlichen, modulierten oder einem gepulsten Messstrahl 7. Bei einem kontinuierlichen Messstrahl 7 kann eine Dopplerfrequenzverschiebung zwischen den Eigenfrequenzen ("Trägerfrequenzen") des ausgesandten und des reflektierten Messstrahl 7 z.B. durch Interferenzmessung ermittelt werden. Bei einem gepulsten oder modulierten Messstrahl kann eine Dopplerverschiebung zwischen den Impulsraten bzw. Modulationsfrequenzen des ausgesandten und des reflektierten Messstrahls 7 gemessen werden. Alle solche Ei gen-, Träger-, Impuls- oder Modulationsfrequenzen werden unter dem hier verwendeten Begriff der "Empfangsfrequenz" des Messstrahls 7 verstanden, d.h. der Begriff Empfangsfrequenz umfasst jedwede durch einen Dopplereffekt beeinflussbare Frequenz des Messstrahls 7.
  • Grundsätzlich ist auch die Natur des Messstrahls 7 selbst beliebig, solange es sich um eine elektromagnetische Welle handelt, sei es sichtbares Licht oder Infrarotlicht wie bei einem Lidargerät oder Radiowellen (Funkwellen), insbesondere Mikrowellen, bei einem Radargerät.
  • Der Messstrahl 7 ist stark gebündelt, sodass sein Auftreffpunkt 7' auf der Karosserie 5 bzw. dem Rad 4 einen äußerst geringen Durchmesser im Bereich von einigen Zentimetern, bevorzugt < 2 cm, hat. Je nach Entfernung des Geräts 6 von der Fahrbahn 2 sind dazu bestimmte Anforderungen an die Bündelung des Messstrahls 7 zu stellen: Im Idealfall ist der Messstrahl 7 ein Bündel nahezu paralleler Licht- bzw. Radarstrahlen, wie es bevorzugt mit einem Laser erhalten werden kann. Doch auch bei einem Radar-Messstrahl lässt sich eine entsprechende Bündelung erreichen, indem Radarwellen sehr hoher Frequenz, bevorzugt über 70 GHz, verwendet werden, welche annähernd Lichteigenschaften haben und sich wie Licht bündeln lassen, z.B. durch Radarlinsen. Auch der Einsatz von Richtantennen, z.B. Antennenarrays und Patchantennen mit möglichst paralleler, kleindurchmessriger Abstrahlcharakteristik erzeugt einen entsprechenden Radar-Messstrahl. Besonders geeignet sind hierfür Radargeräte aus dem Automobilbereich, wie sie z.B. in Fahrzeugen als Kollisions- und Abstandswarngeräte eingebaut werden. Solche gebündelten Messstrahlen 7 haben eine Bündelung bzw. einen Divergenz- oder Auffächerungsbereich (Öffnungswinkel) von weniger als 1° (entspricht einem Raumwinkel von weniger als ca. 0,00024 sr).
  • Fig. 2 zeigt die Abtastverläufe eines derart gebündelten Messstrahls 7, der im wesentlichen punktförmig auf das Fahrzeug 1 bzw. dessen Räder 4 auftrifft, während der Vorbeifahrt (Passage) des Fahrzeugs 1 an der Vorrichtung 9. Zu Erläuterungszwecken sind beispielhaft sechs unterschiedliche Abtastverläufe H1 bis H6 gezeigt; es versteht sich, dass durch einen gebündelten Messstrahl 7 bei einer Fahrzeugpassage jeweils nur ein einziger Abtastverlauf H1 - H6 auftritt.
  • Fig. 3 zeigt die zu den Abtastverläufen H1 - H6 vom Lidar/Radar-Gerät 6 fortlaufend erfasste Empfangsfrequenz f des reflektierten Messstrahls 7 über der Zeit. Die Dopplerverschiebung Δf der Empfangsfrequenz f gegenüber der Sendefrequenz ist proportional zur Geschwindigkeitskomponente vp der jeweils abgetasteten Teile des Fahrzeugs 1 bzw. Rades 4. Die in Fig. 3 dargestellten Empfangsfrequenzverläufe E1 - E6 sind daher gleichbedeutend mit Geschwindigkeitsverläufen.
  • Aus dem Empfangsfrequenzverlauf E1 von Fig. 3 ist ersichtlich, dass beim Abtastverlauf H1, welcher die Karosserie 5 des Fahrzeugs 1 außerhalb der Räder 4 trifft, während Dauer Tp der Karossieriepassage eine weitgehend konstante Empfangsfrequenzverschiebung Δf des Messstrahls 7 und damit Geschwindigkeitskomponente vp gemessen wird, welche sich als Rechteckimpuls R im Empfangsfrequenzverlauf äußert.
  • Für den Abtastverlauf H2, welcher die Räder 4 an ihrer obersten Stelle berührt, wo ihre Tangentialgeschwindigkeit vt sich zur Fahrzeuggeschwindigkeit v addiert, zeigt der Empfangsfrequenzverlauf E2 für jedes Rad 4 eine Spitze ("peak") 10 von 2vp über dem Karosserie-Rechteckimpulses R.
  • Wenn der Messstrahl 7 die Räder 4 auf einer Höhe zwischen der Radachse und der Radoberseite schneidet, wie bei den Abtastverläufen an H3 und H4, wird bei der Passage eines Rades 4 entsprechend der Projektion vp seiner Tangentialgeschwindigkeit vt auf die Messstrahlrichtung eine sich gegenüber dem Karosserie-Impuls R nochmals sprunghaft verändernde Dopplerverschiebung und damit Empfangsfrequenz bzw. Geschwindigkeit gemessen, wie durch die Rechteck-Impulse 11 der Verläufe E3 und E4 veranschaulicht. Jeder Impuls 11 umfasst jeweils eine ansteigende Flanke 12 und eine darauffolgende abfallende Flanke 13, d.h. zwei aufeinanderfolgende abwechselnde Frequenz-"Sprünge".
  • Aus der Detektion eines Rechteckimpulses 11, der innerhalb des Zeitraums Tp der Passage der Fahrzeugkarosserie 5, d.h. während des Karosserie-Impulses R auftritt, kann somit jeweils das Auftreten eines Rades 4 erkannt bzw. detektiert werden. Die Rad-Impulse 11 sind den Karosserie-Impulsen R superponiert und nur dann, wenn sie während der Dauer Tp der Karosserie-Impulse R auftreten, zeigen sie ein Rad an. Als besonders einfaches Detektionskriterium für einen Rad-Rechteckimpuls 11 können zwei aufeinanderfolgende in abwechselnder Richtung auftretende Flanken bzw. Sprünge 12, 13 detektiert werden, zwischen denen eine im Wesentlichen konstante Frequenz herrscht.
  • Der Empfangsfrequenzverlauf E5 zeigt den Sonderfall, dass der Messstrahl 7 die Räder 4 genau auf Höhe ihrer Achse trifft, wo keine in Richtung des Messstrahls 7 projizierbare Tangentialgeschwindigkeit des Rades vorhanden ist, sodass die Räder 4 nicht detektierbar sind. Diese Situation sollte vermieden werden.
  • Der Empfangsfrequenzverlauf E6 tastet die Räder 4 auf einer Höhe zwischen ihrer Unterseite und ihrer Achse ab und ähnelt jenem von E4, nur mit umgekehrten Änderungen 11 - 13. Auch diese Situation sollte durch entsprechende Wahl der Abtasthöhe vermieden werden, da hier nicht mehr in jedem Fall sichergestellt ist, dass auch die Karosserie 5 abgetastet wird, d.h. der Karosserie-Impuls R auftritt.
  • Fig. 4 zeigt analytisch das Ausmaß des Versatzes 11 bei der Passage eines Rades 4 in Abhängigkeit der Höhe h des jeweiligen Abtastverlaufes H1 bis H6 gegenüber der Radachse A, beispielsweise am Abtastverlauf H4. Sei R der Radius des Rades 4 und r ein beliebiger Radius innerhalb des Rades 4, dann ist die Tangentialgeschwindigkeit vt(r) auf einem Radius r proportional diesem Radius r, u.zw. gemäß v t r = r R ⁢ v t
    Figure imgb0001
  • Die in Fahrtrichtung 3 liegende Horizontalkomponente vth(r) der Tangentialgeschwindigkeit vt(r) unter einem Winkel α ist eine Sinus-Projektion entsprechend v th r = r R ⁢ v t ⁢ sin α
    Figure imgb0002
  • Mit sin α = h r
    Figure imgb0003
    ergibt sich die Tangentialgeschwindigkeits-Horizontalkomponente vth(r) damit zu v th r = v t ⁢ h R
    Figure imgb0004
  • Die Tangentialgeschwindigkeits-Horizontalkomponente vth(r) des Abtastverlaufs und - während das Rad 4 abgetastet wird - über diese Höhe h konstant.
  • Die Breite des Impulses 11 entspricht der Schnittbreite des Rades 4 auf Höhe h des jeweiligen Abtastverlaufs, und die Höhe des Impulses 11 ist direkt proportional der Höhe h.
  • Bislang wurde davon ausgegangen, dass die Sendefrequenz des Radar/Lidar-Geräts 6 bzw. Messstrahls 7 konstant ist, d.h. ihr zeitlicher Verlauf ein konstanter Verlauf ist. Es ist jedoch auch möglich, dass das Gerät 6 einen Messstrahl 7 mit einem zeitlich nicht-konstanten Sendefrequenzverlauf aussendet, beispielsweise im Falle von Frequency-Hopping-Verfahren, bei denen die Frequenz ständig - nach einem vorgegebenen bzw. bekannten Muster - wechselt. Die aufgezeichneten Empfangsfrequenzverläufe E1 - E6 werden relativ zu dem vorbekannten zeitlichen Verlauf der Sendefrequenz des Messstrahls 7 - sei er konstant oder wechselnd - aufgezeichnet, d.h. auf diesen referenziert bzw. normiert, so dass der Effekt von bekannten Sendefrequenzverläufen kompensiert werden kann.
  • Die Erfindung ist demgemäß nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen. Ansprüche fallen.

Claims (8)

  1. Verfahren zur Detektion von Rädern (4) eines Fahrzeugs (1), das auf einer Fahrbahn (2) in einer Fahrtrichtung fährt und dessen Räder (4) von der Fahrzeugkarosserie (5) nach unten vorragen und auf Höhe der Fahrzeugkarosserie (5) zumindest teilweise seitlich freiliegen, gekennzeichnet durch die Schritte:
    Aussenden eines gebündelten elektromagnetischen Messstrahls (7) mit einem bekannten zeitlichen Verlauf seiner Frequenz von der Seite der Fahrbahn (2) her auf einen Bereich vorgegebener Höhe über der Fahrbahn (2) und schräg zur Fahrtrichtung (3),
    Empfangen des von einem passierenden Fahrzeug (1) reflektierten Messstrahls (7) und Aufzeichnen des zeitlichen Verlaufs seiner Frequenz relativ zum bekannten Verlauf, und
    Detektieren eines innerhalb des Zeitraums (Tp) der Passage der Fahrzeugkarosserie (5) auftretenden Rechteckimpulses (11) im aufgezeichneten Verlauf als Rad (4).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (7) ein Radarstrahl im Frequenzbereich über 70 GHz ist, der mit Hilfe einer Richtantenne gebündelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messstrahl (7) ein Laserstrahl ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rechteckimpuls (11) durch Detektieren zweier aufeinanderfolgender abwechselnder Frequenzsprünge (12, 13), zwischen denen eine im wesentlichen konstante Frequenz herrscht, detektiert wird.
  5. Vorrichtung zur Detektion von Rädern (4) eines Fahrzeugs (1), das auf einer Fahrbahn (2) in einer Fahrtrichtung (3) fährt und dessen Räder (4) von der Fahrzeugkarosserie (5) nach unten vorragen und auf Höhe der Fahrzeugkarosserie (5) zumindest teilweise seitlich freiliegen, gekennzeichnet durch
    ein Doppler-Lidar- oder -Radargerät (6), das einen gebündelten elektromagnetischen Messstrahl (7) mit einem bekannten zeitlichen Verlauf seiner Frequenz auf ein Ziel aussendet und den zeitlichen Verlauf der Frequenz des vom Ziel reflektierten Messstrahls (7) relativ zum bekannten Verlauf aufzeichnet,
    wobei der Messstrahl (7) von der Seite der Fahrbahn (2) her auf einen Bereich vorgegebener Höhe über der Fahrbahn (2) und schräg zur Fahrtrichtung (3) orientiert ist, und
    eine nachgeordnete Auswerteeinrichtung (8), welche einen innerhalb des Zeitraums (Tp) der Passage einer Fahrzeugkarosserie (5) auftretenden Rechteckimpuls (11) im aufgezeichneten Verlauf als Rad (4) detektiert.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem Doppler-Radargerät (6), dessen Messtrahl (7) ein Radarstrahl im Frequenzbereich über 70 GHz ist und das eine Richtantenne zur Bündelung des Radarstrahls besitzt.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 5 mit einem Doppler-Lidargerät (6), dessen Messstrahl (7) ein Laserstrahl ist.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (8) den Rechteckimpuls (11) anhand zweier aufeinanderfolgender abwechselnder Frequenzsprünge (12, 13), zwischen denen eine im wesentlichen konstante Frequenz herrscht, detektiert.
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